Physical chemistry of water and micro-structure to determine the water activity of food

水的物理化学和微观结构以确定食品的水分活度

• 批准号: 20H02944
• 负责人: 中川 洋
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Japan Atomic Energy Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02944/
• 关键词: 水分活性; 食品中の水; 食品のミクロ構造; 水和構造; 中性子準弾性散乱; 構造食品科学; 中性子小角散乱; 示差走査熱量測定; 水和; ナノ構造; 澱粉の糊化・老化; 卵白ゲル; 中性子食品構造物性学; 澱粉の糊化; 赤外分光法; 示差走査熱量計; マルチメソッド; ミクロ構造

澱粉の結晶化度はそのマクロな物性に反映されるため、結晶化度と構造ダイナミクスの関係性は興味深い。中性子準弾性散乱を用いて、糊化した澱粉の老化に伴う分子ダイナミクスの変化を調べた。測定された中性子準弾性散乱の幅は老化に伴い狭くなった。また、弾性非干渉散乱構造因子は増加し、老化現象に伴い分子ダイナミクスが空間的に抑制されることが示された。さらに澱粉の老化に伴う分子運動性の変化と、X線回折による結晶化度の変化との相関関係を見出し、中性子準弾性散乱解析から澱粉の結晶性に由来する特徴的な分子運動性を解析するための手掛かりを得ることができた。これらの成果は、食品の構造物性研究の基礎研究のみならず、食品加工や保存などの応用研究としても重要な視点を与える成果である。また、澱粉の糊化を中性子準弾性散乱測定によって解析し、DSCの吸熱ピークでは分離できなかった状態変化を検出し、現在その詳細を解析中である。卵白のゲル化に伴うミクロ構造の変化について中性子小角散乱測定や中性子準弾性散乱実験を行い、マクロな物性の異なる複数の卵白ゲルのミクロ構造や水和状態の違いの解析を進めている。中性子散乱法を基軸とし各種分光測定、熱分析等の実験手法を融合した手法により、食品の構造物性相関の解析を進めた。特に、赤外分光法と中性子小角散乱の同時測定系の開発を行い、澱粉などの食品素材のナノ構造と水和状態の相関解析などに着手した。また中性子非弾性散乱手法の高度化に関わる装置の試料環境の高度化や機器開発を行った。これらの測定装置の高度化を通じて、中性子準弾性散乱により食品蛋白質の水分活性に対する塩の影響を解明や、同位体コントラスト法による食品中の水の動態を解明し、水分活性と水の物理化学的特性の関係性を解明した。また、中性子非弾性散乱とテラヘルツ分光の相補性や共通性に着目した総説を出版した。

淀粉的结晶度反映在其巨物理特性中，因此结晶度和结构动力学之间的关系很有趣。中子准散射用于研究与胶质化淀粉衰老相关的分子动力学的变化。随着年龄的增长，中子准散射的测得宽度变得更狭窄。此外，弹性的非连通散射结构因子增加了，并且表明分子动力学通过衰老现象在空间上抑制。此外，我们发现与淀粉老化相关的分子迁移率的变化与X射线衍射引起的结晶度变化之间存在相关性，并且我们能够获得线索来分析来自中子准弹性散射分析的淀粉结晶度的特征分子迁移率。这些结果不仅为食物结构特性的基础研究提供了一个重要的观点，还为食品加工和保存等应用研究提供了重要的观点。此外，通过中子准弹性散射测量值分析了淀粉胶质化，并检测到无法通过DSC的吸热峰分离的状态变化，目前正在分析细节。我们已经进行了中子小角度散射测量值和中子准弹性散射实验，对与蛋清胶凝相关的微观结构的变化进行了分析，并分析了具有不同宏观特性的多个蛋清凝胶的微结构和水合状态的差异。基于中子散射，我们使用一种结合实验方法（例如各种光谱测量和热分析）的方法对食物的结构物理特性进行了分析。特别是，我们开发了一种用于同时测量红外光谱和中子小角度散射的系统，并开始分析纳米结构与淀粉等食物材料的水合状态之间的相关性。他还致力于改善与中子非弹性散射技术和开发设备精致的设备相关的样品环境。通过复杂的测量设备，我们通过中子准弹性散射阐明了盐对食物蛋白水活性的影响，并使用同位素对比方法阐明了食物中水的动力学以及水活动与水的物理化学特性之间的关系。他还发表了一篇有关中子非弹性散射和terahertz光谱的互补性和共性的评论。

项目成果

実験医学

实验医学

• 发表时间: 2011
• 作者: 松田憲之;尾勝圭;田中啓二
• 通讯作者: 田中啓二

Freezing, Thawing and Glass Transition of Biomolecules and Water

生物分子和水的冷冻、解冻和玻璃化转变

• 发表时间: 2021
• 作者: T. Ishimaru;K. Thandar Hlaing;Y. M. Oo;T. M. Lwin;K. Sasaki;P. D. Lumanglas;E. M. Simon;T. T. Myint;A. Hairmansis;U. Susanto;B. Ayyenar;R. Muthurajan;H. Hirabayashi;Y. Fukuta;K. Kobayasi;T. Matsui;M. Yoshimoto;T. M. Htun.;中川洋
• 通讯作者: 中川洋

中性子準弾性散乱による生体物質の低エネルギーダイナミクス研究と今後の展望

中子准弹性散射生物材料低能动力学研究及未来展望

• 发表时间: 2020
• 作者: 中本海里;馬場裕士;植村香織;寺地徹;中川洋
• 通讯作者: 中川洋

非干渉性中性子散乱で観測する生体物質の揺らぎ

通过非相干中子散射观察到的生物材料的波动

• 发表时间: 2022
• 期刊: 波紋
• 作者: 松尾龍人;中川洋
• 通讯作者: 中川洋

Freezable and Unfreezable Hydration Water: Distinct Contributions to Protein Dynamics Revealed by Neutron Scattering

• DOI: 10.1021/acs.jpclett.0c03786
• 发表时间: 2021-02-25
• 期刊: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS
• 影响因子: 5.7
• 作者: Yamamoto, Naoki;Kofu, Maiko;Shibayama, Naoya
• 通讯作者: Shibayama, Naoya